气力式小型除雪机的结构设计本科毕业论文(编辑修改稿)

气力式小型除雪机的结构设计本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

动力源，这里首先确定气动传动方案，然后对各气动元件进行设计，主要包含气缸、空压机、控制元件、消声器及管道的选用与计算 ，对气动传动系统的压力损失等进行计算。 （ 5）第五章，对本文设计心得体会进行总结。 [5] 西安思源学院毕业论文（设计） 10 2 气力式小型除雪机的设计的总体方案 总体设计的基本原则及要 求 结构的总体设计是将通过科学的原理想象出来的方案实体化结构化。 就是把二维方案转换为三维可设计制造出来的过程，也可以说是从设计初期到最佳结构设计的完善直到审核通过为止。 结构的总体设计工作包括两个方便，就是形状和材料。 我们要系统的确定各个零件的形状，这个工作队产品的质量起着决定性的意义。 材料就是能达到我们预期的使用要求，能达到尺寸要求等。 机构的总体设计原则 机构的总体设计对于一个产品来讲，起着很重要的作用。 结构所含的技术性能，价格合理和外观再行都有决定性的意义。 简单，直接，安全可靠的设计结构 的总体，必须遵守三个基本原则。 (1)明确原则 这里主要包括以下三个方面： ①功能明确 所选的结构应直接，可靠地实现预期功能。 对于可实现的功能来说，要做到既不疏漏又不冗余。 ②工作情况明确 被设计出来的产品，我们要求他所达到的工作状况必须明确。 因为设计结构是 有针对性的，如耐磨损，耐腐蚀等。 ③结构的工作原理明确 结构设计时所依据的工作原理必须科学明确，从而能实现预期的实用效果。 (2)简单原则 简单原则就是能达到预期功能的前提下，尽量使机器的结构简单。 这里说的“简单”同时有着很多含义，比如简便 ，简易，减少等。 (3)安全可靠原则 一个系统 (产品 )的安全可靠性主要指： ①构件的可靠性 在规定的外载荷下，在规定的时间内，构件不发生断西安思源学院毕业论文（设计） 11 裂、过度变形、过度磨损且不丧失稳定性。 ② 功能的可靠性主要依靠系统的可靠性。 ③工作安全性主要指对操作者的防护，保证人的安全。 ④ 环境安全性，整个机构不能对环境造成污染，要适应环境。 [11] 机构 总体布置设计基本要求 (1)功能合理 即 我们所设计的机构要在功能完美表达的前提下去设计，无论是整体还是单个机构上都不能采用有损我们所需要的功能的布局方案。 (2)结构紧凑、层次清晰、比例协调 这 方便我们要运用科学的分布，尽可能的使系统简单并且充分高效地运用内部空间。 (3)充分考虑产品的系列化及发展 再设计总理分布时，应对这一类系列和变形改进做考虑，还应该考虑符合科学性，实现生产线和实现自动化。 [15] 除雪机设计 方案 总体方案 选择 方案一： 利用自然界中风能源，从鼓风机里吹出高速度气流，将路面上的积雪吹到两侧，这种方式效率很高，也有很高的生产率，能实现商业化。 但是他有一定的局限，就这个局限就限制了这个方案，就好比现实很多东西，各个方面都很好，就一 个方便就限制了整个方案的实行，这种方式不利于清理压实的积雪或冰层也很无力，只能在机场桥梁，和高速公路上应用。 方案二： 利用机械装置，先用机械装置搅碎积雪，再输送到高速旋转的叶轮，把积雪抛送至路边。 但是这种方式受地形限制，如果在一个狭窄多弯的地形就很不实用，而且效率不高，也会对地面产生破坏，不符合保护环境。 方案三： 设计一个推雪铲，在设计一个壁障机构，来对应不用的路面情况，设计一个上下摆动极限，来更好的处理积雪问题。 后面从计算上来确定动力，这种方案，结构简单，可以实现商业化，成本地。 西安思源学院毕业论文（设计） 12 综上所述， 本文选择方案三 ，具体结构 设计如下 图所示。 1— 推雪铲； 2— 拉簧； 3— 推雪铲上连杆； 4— 前托架； 5— 后托架； 6— 举臂连杆； 7— 大梁托架； 8 举臂架； 9 — 升降气缸； 10— 摆动气缸； 11— 推雪铲下连杆 图 21 除雪铲结构示意图 上图所示的 机构 工作方式原理 ： 弹簧 2 用于吸收部分 作业时的 冲击载荷，并使铲刃 更好的贴近 地面。 两个升降气缸 9 铰接于大梁拖架 7 和举臂连杆 6上，用于控制推雪铲的升降。 摆动气缸 10铰接于前拖架 4与后拖架 5之间，用于控制推雪铲的左右摆动。 工作时，摆动气缸推动前拖架 4 与推雪铲 1 一起转过一定角度（约 30176。 ）后用销子和后拖架 5 固定，升降气缸降低，推雪铲铲刃紧贴地面。 随除雪车的行进，积雪被铲刃剥离地面并沿铲板曲面作螺旋外抛运动，积雪被推积到道路右侧。 上连杆 3 和下连杆 11 的作用是在避障时抬起推雪铲。 [12] 机构的设计方案 在这次除雪机的结构设计中，我选择呢气缸驱动，从人文角度出发，环保，高效，易于操作。 气压系统的原理就是利用空气压缩机或者其他装置把输出的机械能转变为空气的压力能，然后在各个控制元件和辅助原件的配合下，执行机械能的转变，从而完成做功 除雪机构整个机构的做功运动都是气压控 制其运动 ，通过大梁拖架 7，使除雪铲与拖拉机相联接， 从而推动铲雪铲的运动。 其中，拖拉机动力输出轴转西安思源学院毕业论文（设计） 13 速 540r/min，功率 25kW， 与铲雪铲的连接采用悬挂结构 ，并且通过液压系统输出输出气压从而控制除雪铲的运动。 气压传动相对于其他的传动方式的有点，以空气为工作介质，干净来源也方便，采用后排气处理简单，干净的来源对环境也没污染；其次是空气流动损失小，压缩空气可以远距离传送；与液压传动相比，启动迅速，维修简单，管路不易堵塞，不存在介质变质，补充和更换等问题相对简单；工作环境适应性好，可以适应多个工作环境；气动装置 结构简单轻便，安装维护简单。 实用压力等级低，所以实用相对安全。 本章小结 本章对除雪机总体方案进行确定。 选择方案三： 利用一个置于清雪车前部的铲子，随着清雪车的不断前进，将积雪推至路的一边。 选择铲雪进行除雪，从环保、节能、方便操作的原则上选择 为气动式 综合考虑 ，然后确定除雪机的机构方案。 西安思源学院毕业论文（设计） 14 3 除雪铲机构的设计 除雪铲铲板的设计 除雪铲板的示意图 图 31 除雪铲板的示意图 铲板 宽度 LB 是一次性清除雪的宽度 ，也就是除雪铲在清雪车 前进方向的投影宽度 ，如图 31 所示。 根据除雪车使用场合的不同，对除雪宽度的要求也不尽相同 ，所以根据场合而在一定限制下确定宽度。 广场等空 旷场所需要较大除雪 铲板 宽度的除雪车，而交通路线上除雪车的除雪 铲板 宽度 不宜超过一个车道的宽度，避免除雪作业时阻碍交通。 除雪车 行进方向上除雪 铲板 与地面间的夹角，如图 31 所示。 随着推雪铲的前进， 与地面 具有一定切削角δ 的铲刃 ，而根据 角δ 的大小铲板所受的 垂直力 F 也不同 ， 铲雪板 将积雪剥离其附着面 ，积雪沿导板曲面向斜上方运动，最后以一定的速度从推雪铲后 面排出。 具有一定黏性的雪在切削角δ 较小时 所 呈流动 型，在切削角δ 大时 所 呈断裂型。 图 32 所示为铲刃切削时雪的三种变形形式：流动型、断裂型和剪裂型。 (a) (b) (c) a）流动型 b）断裂型 c）剪切型 图 32 雪被切削时的变形情况 西安思源学院毕业论文（设计） 15 L 表示除雪铲宽度； HF 表示雪铲小端高度； HR 表示雪铲大端高度。 [11] 铲雪板结构参数确定 1. 推雪铲材料 推雪铲的工作环境，就局限它选的材料， 由于是与积雪地面等介质接触的第一结构，所以我们所取的材料应该够足够的耐磨性，强度和刚度。 因为是易损件，所以采用多分段连接，可拆分。 一般条件下 下除雪车前铲推雪铲的质量限制在 400～ 700kg。 材质选择时兼顾 经济条件性 ，除连接零件外，大部分零件材质选择 Q235 钢 ，这种钢材便宜也好加工。 选取切削刃材料时除考虑耐磨性、经济性等因素外，须考虑工作温度对其物理特性的影响， 所以一般条件下 选取65Mn 调质钢。 主要工作部分是铲板， 为了 使 推雪铲 有个良好的性能 ，必须对 切削刃和铲板加以分析和认识。 由于降 雪时间的不同我们所需要对应的降雪也不同 ， 前雪铲所清理的主要是新绛积雪， 新降雪的密度随 着时间也有变化 ，其密度值一般在 20～ 800kg/m 之间。 较为相近的介质，我们可以考虑松土的物力机械性质，所以相对于积雪做参考， 参考较为成熟的推土铲切削刃设计理论可知，对于松土和积雪，一般认为切削角δ 取 30176。 时切削刃强度和切削阻力组合最佳。 但推土铲的切削刃（如图 3– 3）为了保证强度，尖角 1 不能小于 20176。 ；同时由于切削原理和推土机实际作业时地形变化的需要，必须有后角 2，其值通常在30176。 左右；因此综合考虑，推雪铲前铲铲刃切削角δ选择为 30176。 ，并对其结构作相应调整，如图 34，切削刃厚度取 8mm左右即可。 图 33 推土铲切削刃参数 图 34 推雪铲切削刃参数 西安思源学院毕业论文（设计） 16 计 由于前铲所作业对象的密度较小，颗粒比较松散，所以采用推进曲面旋移的理论进行除雪。 铲雪曲面空间形状直接影响除雪过程中的阻力和除雪效率等的重要因素。 ①铲板铲型 犁板式除雪车前铲采用高速推进，利用曲面旋移原理将积雪清离路面。 铲板曲面的作用在于旋移和推运积雪。 铲板的结构参数对雪屑运动规律、积雪容量、推运阻力都有影响。 为了便于向道路外侧排雪，推雪铲常设计成一端小一端大，以固定的行进角（铲板长度方向与车辆行进方向所夹的锐角θ ）工作。 被除雪屑的理想运动轨迹是空间螺旋外抛运动。 常用的铲板形状有圆弧型、抛物线型、 I 类 渐开线型、 II 类渐开线型（如图 35）。 其中抛物线和圆弧的形状很近似，两者的性能也很近似。 图 35 曲面板类型 ②铲板宽度 除雪车前铲常以固定的行进角进行除雪作业。 推雪铲的宽度应保证工作时在除雪车前进方向上的最小投影宽度大于车宽，前端（小端）应比同侧轮胎外缘宽出约 200mm，后端（大端）应比同侧轮胎外缘宽出约 400mm。 这种宽出量是为了保证在作业过程中除雪车能给自己开辟前进的道路，从而保证其作业质量，初定铲板宽度为 12350mm。 选择推雪铲的宽度应首先根据除雪车总体结构布置，初步确定推雪铲宽度， 再按比切力加以检验： exFB q 式中， Fe— 推雪车额定牵引力， N； B— 推雪铲宽度， cm； 对于新降积雪，查阅国内外除雪车的相关资料，推雪铲铲刃的水平比切力选 20～ 100N/cm 即可满足工作要求。 西安思源学院毕业论文（设计） 17 ③铲板高度 应该根据整体结构，清雪效率， 工厂生产率等问题 ，估算推雪铲大概高度，再进行调整。 本设计 根据分析 采用 II类渐开线型铲板，小端 初定设计高度初定为 320mm，大端高度初定为 350mm。 前铲机械避障装置设计 我国公路及其城市道路的路况已经有了很大的改善，但 是还是有一部分路况较差，突出表现为路面平整度低局部毁坏（如变形，断裂等情况）另外除雪过程中也也能遇到一些路面阻碍物，如道钉，凸台等。 这样我们就。